SBDP-08單片機開發(fā)綜合實驗平臺
單片機實驗設(shè)備是計算機、電子信息、通信、機械技術(shù)制造及其自動化、自動化、測控技術(shù)與儀器等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)實驗室。
單片機實驗室是專業(yè)基礎(chǔ)課公共教學實驗室。單片機實驗室以本科實驗教學為中心,加強學生培養(yǎng)和科研基地建設(shè),推進學科學位建設(shè)發(fā)展。現(xiàn)為計算機學院的計算機科學與技術(shù)、自動化、軟件工程等專業(yè);光電院校的電子信息科學與技術(shù)、應(yīng)用物理學、電子信息工程、通信工程等專業(yè);機電、機械設(shè)計制造及其自動化、測控技術(shù)與儀器等專業(yè)的實驗教學與科研基地。
單片機技術(shù)是現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域一門迅速發(fā)展的技術(shù),應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中,單片機技術(shù)的發(fā)展和推廣極大的推動了電子工業(yè)的發(fā)展。單片機技術(shù)是一門實踐性很強的學科,單片機技術(shù)實驗室發(fā)揮著很重要的作用,單片機實驗主要培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際,使學生擁有較強的實驗操作能力、綜合設(shè)計能力、項目開發(fā)能力、分析解決問題的能力。通過實驗來增強學生學習單片機的熱情,開拓學生的視野,達到提高單片機的教學和學習效果。
單片機開發(fā)綜合實驗平臺基于Keil C單片機系列,注重單片機本身功能的應(yīng)用,充分體現(xiàn)單片的特點,基礎(chǔ)功能實驗電路采用一體化設(shè)計方式,創(chuàng)新拓展型實驗電路采用獨立模塊方式,需要時接入主板,既兼顧演示驗證性實驗、又考慮到綜合設(shè)計和創(chuàng)新研究性實驗的需要。主板上自帶CPU編程下載接口,是一款靈活性極強的集編程下載調(diào)試與一體的新型單片機實驗教學平臺,適合各層次學生進行單片機原理和應(yīng)用方面的實驗和創(chuàng)新。
參考圖片
一、主要技術(shù)特點
1、它將MCGS工業(yè)組態(tài)軟件應(yīng)用于單片機控制系統(tǒng)中,直觀形象地展示實
際自動控制工業(yè)場景。
2、采用一個實驗主機底板配多種核心模塊的結(jié)構(gòu)形式。 全部核心模塊統(tǒng)一尺寸,統(tǒng)一接口,更新不同系列單片機或嵌入式進行實驗教學時可以只換核心板,無需更換整套設(shè)備,以節(jié)約開支。該系統(tǒng)支持8位的KEIL-C51/STC系列單片機、16位的MSP430單片機以及基于Cortex-M3內(nèi)核的32位群星系列ARM處理器,從而實現(xiàn)對各種CPU芯片的支持擴展,最終實現(xiàn)支持常見主流MCU達幾十種之多。
3、功能模塊完全獨立
根據(jù)我們多年來的開發(fā)經(jīng)驗,和取聽廣大用戶的建議,此款單片機開發(fā)綜合實驗箱采用
最新理念--各功能模塊完全獨立,互不干擾,減小初學者編程誤區(qū)。板載豐富的實驗硬件資源和接口,并對外全部開放I/O口,既可簡單的使用短路帽進行默認的資源連接(方便初學者直接使用),也可以取下短路帽后采用杜邦線連接單片機的任意I/O口線,輕松搭建自己的電路。
4、配合本公司精心編寫的大量C語言實驗例程,可使用戶快速掌握單片機原理及其實用接口技術(shù)。同時可加強初學者對主板硬件電路的認識,盡快熟悉硬件電路。因為各功能模塊均獨立設(shè)計,可以直接配接各種單片機,無需再做第二次投資。
5、詳細硬件配置里的全部硬件都集成在一個主板上,穩(wěn)定可靠,方便操作,同時也方便實驗室的管理。
二、主要技術(shù)指標
1、輸入電源:單相三線~220V±10% 50Hz
2、工作環(huán)境:溫度-10℃~+40℃,相對濕度<85%(25℃)海拔<4000m
3、裝機容量:<0.5kVA
4、實驗臺尺寸:1500mm×700mm×1480mm
5、安全保護:具有漏電壓、漏電流保護裝置,安全符合國家標準。
三、實驗電路詳細硬件配置
3.1 實驗箱底板
3.1.1 單色流水燈模塊:8 個高亮綠色LED 燈 ,用于流水燈實驗。
3.1.2 雙色流水燈模塊:6 個高亮直插LED燈,紅黃綠三種顏色,用于交通燈實驗。
3.1.3 雙色LED燈模塊:紅綠雙色直插LED 燈 ,用于簡易邏輯筆設(shè)計。
3.1.4 8 位數(shù)碼管模塊:2 個四位一體共陽極數(shù)碼管,2個74HC595 驅(qū)動芯片,用于時鐘顯示實驗。
3.1.5 1位數(shù)碼管模塊:1 個 8 段數(shù)碼管,共陽極,0.56 英寸,用于數(shù)碼管認識實驗。
3.1.6 紅綠雙色點陣模塊:3 個74HC595 驅(qū)動芯片,一個紅綠雙色點陣顯示屏,用于字符和中文的LED顯示。
3.1.7 LCD1602 液晶屏模塊:標準 LCD1602 液晶屏接口,1 個帶背光的 LCD1602 液晶屏,用于字符液晶顯示實驗。
3.1.8 LCD12864 液晶屏模塊:標準LCD12864 液晶屏接口,支持串行、并行液晶屏,用于圖像和中文顯示。
3.1.9 OLED顯示模塊:0.96寸OLED 液晶屏,128*64 顯示,用于新型顯示器 OLED 液晶屏的應(yīng)用學習(這是一種新型顯示器,目前使用廣泛,理工科學生必須要掌握其原理和應(yīng)用)。
3.1.10 TFT 彩屏模塊:彩屏接口支持8 位、16 位TFT ,支持觸摸屏控制,帶背光開關(guān)。配套 2.8 寸彩屏,帶觸屏功能,262K 色,8 位數(shù)據(jù)端(這是一種新型顯示器并帶觸摸功能,目前使用廣泛,理工科學生必須要掌握其原理和應(yīng)用)。
3.1.11 8 個獨立按鍵:8 個獨立按鍵,帶上拉電阻 。
3.1.12 4X4 矩陣鍵盤:4 行4 列矩陣鍵盤,共16 個按鍵,帶上拉電阻。
3.1.13 五向搖桿:一個五向搖桿,具有上、下、左、右、中五個方向(這是一種新型操作零件,目前很多運動控制器上使用廣泛,理工科學生必須要掌握其原理和應(yīng)用)。
3.1.14 蜂鳴器模塊:無源蜂鳴器
3.1.15 DS1302 時鐘模塊:DS1302 芯片,模塊帶后背電池座。
3.2 傳感器模塊(理工科學生凡是從事測量控制類產(chǎn)品的研發(fā)、技術(shù)服務(wù)等必須要掌握常用傳感器的原理和使用方法,傳感器的應(yīng)用無處不在)
3.2.1 兩路DS18B20 模塊:兩路 DS18B20 溫度傳感器接口。
3.2.2 光敏傳感器模塊:集成 LM393 比較器,基準電壓可調(diào)電阻、模擬量輸出接口、數(shù)字量輸出接口、模擬量指示LED燈,支持光敏二極管、光敏電阻等光電開關(guān)器件。
3.2.3 火焰?zhèn)鞲衅髂K:集成 LM393 比較器,基準電壓可調(diào)電阻、模擬量輸出接口、數(shù)字量輸出接口、模擬量指示LED 燈,支持火焰?zhèn)鞲衅鳌?span lang="EN-US">
3.2.4 霍爾傳感器模塊:集成 LM393 比較器,基準電壓可調(diào)電阻、模擬量輸出接口、數(shù)字量輸出接口、模擬量指示LED 燈,支持霍爾傳感器。
3.3 電器控制模塊
3.3.1 1路直流電機接口:ULN2003 驅(qū)動芯片。一路可調(diào)速、可調(diào)向雙功能電機接口。
3.3.2 1路步進電機接口:ULN2003驅(qū)動芯片。標準5線4相步進電機接口。
3.3.3 2路繼電器:ULN2003 驅(qū)動芯片。兩個5V 繼電器,兩個3P 接線端子。
3.4 數(shù)據(jù)傳輸、存儲模塊
3.4.1 2路串口:SP3232 芯片,+3.0v-+5V 工作電壓,公頭串口座一個,母頭串口座一個,狀態(tài)指示燈4 個。
3.4.2 AT24C02 存儲模塊:AT24C02 芯片。
3.4.3 模擬量輸入模塊:0V-5V 輸入可調(diào),0R-10K 電阻值可調(diào)。
3.4.4 串轉(zhuǎn)并模塊:74HC164 芯片。
3.4.5 并轉(zhuǎn)串模塊:74HC165 芯片。
3.4.6 SD 卡模塊:標準SD卡卡槽,SPI 控制,4-bit 傳輸模式。
3.4.7 MAX485 模塊:MAX485 芯片,1 組 2P 接線端子輸出,1 組插針輸出。
3.4.8 紅外發(fā)射模塊:紅外發(fā)射二極管。
3.4.9 紅外接收模塊:HX838 紅外一體化接收頭。
3.4.10 PCF8591 AD/DA 模塊:PCF8591 芯片,4路模擬量輸入,1 路模擬量輸出,IIC通信這是一種新型的集A/D和D/A轉(zhuǎn)換于一體的I2C總線模式的芯片,體積小。
3.4.11 鎖存器模塊:74HC573 鎖存芯片,兼容標準CMOS 。
3.4.12 三八譯碼器:74LS138 芯片,TTL 電平。
3.4.13 核心板擴展接口:接口插座20P 兩排,IO 擴展插針20P 兩排。
3.5 電源模塊
3.5.1 3.3V 電源電路:LM1117-3V3 穩(wěn)壓芯片。
3.5.2 1.8V電源模塊:LM1117-1V8 穩(wěn)壓芯片。
3.5.3 電源引出:GND/5V/3V3/1V8 電源各一組,每組6 路引出。
3.5.4 自恢復保險絲:斷開電流300ma 。
3.5.5 模塊名稱:USB 接口,mini USB,A 型母頭,D+ ,D- 。
3.6 標配核心板
3.6.1 配置MCU-KEIL C51單片機仿真器,雙CPU設(shè)計(SST89E58和ATMEG8515),USB通信接口。全部系統(tǒng)總線包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線全部排座引出,對用戶完全開放。配置單片機核心板,自帶新型單片機芯片STC12C5A60S2和在線下載器電路和接口,12M時鐘,復位開關(guān),數(shù)據(jù)通信指示燈,5V電源接口。
3.6.2 配置MCU-STM32芯片系列仿真器Jlink和STM32核心板,核心板自帶STM32F103VET6芯片,支持最大主頻為72MHz的ARM Cortex-M3內(nèi)核,256KByte FLASH,64KByte SRAM,LQFP-100封裝。配套USB高速下載器。
3.6.3配置USB接口MCU-MSP430仿真器FET430UIF和核心板,核心板自帶MSP430F149芯片和核心板下載器:采用EXP接口;配以8MHz主時鐘、32.768KHz低速時鐘,提供IIC接口、SPI接口、ADC、DAC接口,2個JTAG接口,電壓基準電路,電源指示,程序運行指示等功能。
3.7 虛擬示波器(單片機實驗中常有D/A(數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換)轉(zhuǎn)換實驗,模擬量需要示波器來直觀的測量觀察,而單片機的其它實驗不需要示波器,如果外配一個標準的示波器,最低價格也要1500元左右,示波器使用效率低,實驗室的投入成本高,所以我們設(shè)計了虛擬示波器,它借用電腦顯示屏顯示測量波形形狀,單片機實驗室電腦是必須配的設(shè)備,做到一機兩用。)
3.7.1、真正的高速雙通道存儲虛擬示波器,可切換為單通道提高采樣率。
3.7.2、帶有實時 X-Y 示波器:自動同步顯示功能。
3.7.3、存儲功能:存儲/栽入/分析歷史波型。
3.7.4、輸入模擬電壓信號幅值由軟件調(diào)整,勿需硬件開關(guān)切換。
3.7.5、帶有幅頻/相頻特性專用虛擬示波器?梢员4娌ㄐ臀募,圖片文件,方便插入在教學課件中。
3.8 軟件
3.8.1、集成多種單片機兼容的通用 KEIL 軟件環(huán)境,支持匯編和 C 語言的編程、編譯、鏈接和源程序級調(diào)試和在線下載。
3.8.2、在線下載軟件:STC_ISP_V479。
3.8.3、MGCS 工業(yè)組態(tài)軟件。
3.8.4、C 語言編程單片機應(yīng)用設(shè)計例程。
3.8.5、MGCS 工業(yè)組態(tài)軟件與單片機接口例程。
(MGCS 工業(yè)組態(tài)軟件是一種圖形化的編程控制軟件,能直觀形象地顯示工業(yè)控制場景,有效地增強學生學習興趣;和單片機接口后就可以通過圖像化編程軟件進行單片機控制產(chǎn)品的開發(fā))
3.8..6、支持與實驗箱硬件配套的仿真實驗環(huán)境,仿真所有實驗例程。(在沒有硬件的情況下,特別是現(xiàn)在疫情當下,學生可以在自己的電腦上進行模擬仿真實驗)
四、可以實現(xiàn)的實驗項目
4.1基礎(chǔ)實驗
1)跑馬燈、流水燈實驗
2)彩色流水燈、交通燈實驗
3)紅、綠兩種顏色顯示。
4)電子鐘顯示、數(shù)碼管多位顯示、74HC595 驅(qū)動等實驗。
5)1 位數(shù)碼管顯示實驗。
6)雙色點陣屏顯示實驗,滾動、靜態(tài)顯示字符、漢字符號等。
7)LCD1602 液晶屏顯示實驗,可以顯示字符、數(shù)字等。
8)LCD12864 液晶屏顯示實驗,可以顯示漢字、字符、數(shù)字
9)OLED 顯示實驗,可以顯示 4 行漢字,可以顯示圖片。
10)TFT 彩屏圖像、文字顯示?梢宰鋈藱C交互界面。
11)按鍵控制、外部中斷等實驗。
12)矩陣鍵盤實驗,可用作控制、教學實驗等
13)游戲控制桿、實現(xiàn)獨立按鍵等功能。
14)音樂播放、報警提示等。
15)電子表、萬年歷實驗。
4.2 傳感器實驗
1)溫度測量。
2)光電開關(guān)實驗。
3)火災報警、火焰檢測等實驗。
4)測速、電磁檢測等實驗。
4.3電器控制實驗
1)直流電機調(diào)速、調(diào)向的驅(qū)動實驗。
2)步進電機調(diào)速、調(diào)向、調(diào)角度的驅(qū)動實驗。
3)繼電器控制實驗。
4.4 數(shù)據(jù)傳輸、存儲模塊功能。
1)串口通信,TTL 轉(zhuǎn) RS-232 實驗。
2)外部存儲、IIC 總線學習 。
3)串行轉(zhuǎn)并行實驗,可以擴展IO。
4)并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)串行的實驗 。
5)SD 卡的讀寫、文件系統(tǒng)的學習實驗。
6)配合多組 485 模塊,可以進行485通訊實驗。
7)發(fā)射不同載波頻率的紅外信號實驗。
8)紅外接收解碼實驗。
9)AD/DA 兩種轉(zhuǎn)換實驗。
10)8 位數(shù)據(jù)鎖存實驗,可以做 CPU 與外圍模塊的驅(qū)動、緩沖模塊。
11)IO 擴展,學習譯碼實驗。
4.5 工業(yè)組態(tài)軟件MCGS編程實驗
4.6 工業(yè)組態(tài)軟件MCGS在單片機控制中的應(yīng)用實驗
1)步進電機控制實驗_總線控制
2)直流電機控制實驗_總線控制
3)工業(yè)順序控制實驗_位控制
4)數(shù)據(jù)采集實驗_總線控制
5)數(shù)字電壓表實驗
4.7工業(yè)組態(tài)軟件和微控制器的接口編程實驗
五、計算機電腦1臺:CPU性能不低于I5,內(nèi)存≥4G,配套顯示器。(電腦自備)
六、多功能實驗平臺(一批次實驗設(shè)備配置一套)
1、實訓臺配備有自主開發(fā)多功能測量儀器。儀器輸入輸出采用與實訓臺統(tǒng)一端子,方便信號測量與輸出使用;能提供多路不同電壓輸出。
2、儀器提供雙通道DDS模擬輸出,最大2.5M正弦波;支持正弦、矩形、鋸齒、脈沖、白噪聲、DC和ARB任意波形;支持連續(xù)、掃頻和突發(fā)模式。
3、儀器內(nèi)置2通道200MSPS示波器,帶寬10M, 實時采樣率12位。及最高5MHZ波特圖儀,可自由設(shè)置激勵信號。
4、帶有頻域分析功能,支持20MHZ頻譜顯示,內(nèi)置16通道脈沖發(fā)生器。
5、16路數(shù)字IO,支持輸入、輸出切換;支持雙32bit可調(diào)整的脈沖輸出功能。
6、連續(xù)不間斷的雙模擬通道記錄儀,提供長時間的異常檢測能力。
7、系統(tǒng)內(nèi)置16通道邏輯分析儀功能,最大200M實時采樣率
8、協(xié)議解碼器,支持模擬通道和數(shù)字通道解碼;
9、8M、32M超大存儲深度(示波器和邏輯分析儀共享RAM)
10、強大的SDK:跨平臺的API和Qt例子支持(Windows(X86,X64,ARM64)、Linux(X64,ARM)已驗證);Labview、Python例子支持;